第３２卷第２期 ２０１３年６月 通 信 对 抗 Ｖ０１．３２ Ｎｏ．２ Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ Ｃ０ＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵｌＵ￡Ｓ Ｊｕｎ．２０１３ 短波信道测量系统的信噪ＤＬｉｆ，算方法研究 马银圣，罗良金，邱蕴，李东超，李文超 （中国电波传播研究所，山东青岛２６６１０７） 摘要：结合短波信道测量系统中的波形特征，提出了路径分离法和相关法，分别用于不同信道条件下 的信噪比计算。给出两种方法的计算公式及计算依据，仿真并分析了两种计算方法在不同信道条件下 的性能表现及适用条件，为使用类似波形计算信噪比提供了实用的方法。 关键词：短波信道测量；路径分离法；相关法 中图分类号：ＴＮ９１１．２５４ 文献标志码：Ａ ＳＮＲ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＨＦ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ＭＡ Ｙｉｎ－ｓｈｅｎｇ，ＬＵＯ Ｌｉａｎｇ－ｊｉｎ，ＱＩＵ Ｙｕｎ，ＬＩ Ｄｏｎｇ－ｃｈａｏ，ＬＩ Ｗｅｎ－ｃｈａｏ （ＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＲａｄｉｏｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇ＆￣Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６１０７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＨＦ ｃｈａｎｎｅｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｐａｔｈ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔＯ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ＳＮＫ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｎｄｉ—— ｌｉｏｎｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｏｒｍｕｌａｓ ａｎｄ ｂａｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｇｉｖｅｎ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｓｕｐｐｈｅｄ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａ— ｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｉｍｔｆｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｎｄｉｄｏｎｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｈｔｉｎｇ ＳＮＲ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＦ ｃｈａｎｎｅｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｐａｔｈ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． １ 引言 短波（天波）传播主要依靠电离层反射，由于电离层 是分层、不均匀和时变的媒介，所以短波信道属于随机 变参信道…。信道测量是研究短波信道的技术基础，使 用循环伪随机码的信道测量系统能准确、详细地测量出 循环伪随机码测量信号特征，提出了路径分离法和相关 法两种信噪比参数计算方法。在白噪声信道下，计算误 差极小，在短波衰落信道下，也能较好地反映出实际信 噪比，本文还比较了它们在不同衰落信道条件下的适用 性。 信道的多径、多普勒展宽、多普勒频移等信道参数［２－３１。 大量文献都详细研究了这些参数的提取方法，但是，与 ２信道测量系统 短波循环伪随机码信道测量系统的波形生成如图 测量数据质量和通信效果密切相关的信噪比参数却很 少被注意，通常的信噪比参数计算方法是在提取信道参 数时利用散射函数直接计算 ，计算误差大。本文结合 １所示，对循环伪随机序列进行ＰＳＫ相位映射，映射后 的符号序列使用升余弦滚降滤波器进行波形成型，为了 适用短波收发信机，将波形成型后的信号上变频到 收稿Ｅｌ期：２０１２—１２—１５ 基金项目：ＮＳＦＣ一广东联合基金重点项目（Ｕ１０３５００２）；国家重大专项课题（２０１０ＺＸ０３００６—０３２） 第２期 马银圣，等：短波信道测量系统的信噪比计算方法研究 ・２７・ ｙｏ）＝∑ｙ（ｔ）ｇ（ｔ—ｚ ， （９） ０ ＝ 当电离层不处于扰动期内，选择合适的 值，可以 认为两个相邻数据段的衰落是一致的。因此信号功率可 设置信嘴 ｍＢ 设置信曝 ￣ｔＢ 表示为： Ｒ（ ， １）：Ｊ），Ｏ） ￡一ｚ 。ｙＯ） 一（ｚ＋１） 缸＝ ； ｌＯ）＋ｎ ））・（ ）＋ｎ ＋ ） 如＝ （１０） ； ｆＯ）。 ０） ＋ｎＯ）‘ｎＯ＋ ＋ （ ）ｎ ＋７） ＋ （ ） ） ； 由于伪随机码和白噪声良好的随机性，式（１０）中ｎ（ｆ） ・ｎ（ｆ＋ ， ＋７） 和 （ｆ） ｎ 三项趋于零，因此 １）＝ 。 Ｒ ＝｝ｙ（ ） 一ｌＴ）ｙ（ｔ）＊ｇ（ｔ一（ＯＴ；ｄｔ＝ ｆ （力＋ｎ（力）・ （ ＋ｎ ）） ＝ （１１） ｆ 。）・ （ｆ） ＋ｎｏ）・ｎ（ ）‘＋ ｏ） ｎｏ）＋ ）ｎ（ ） 出 与公式（１０）类似，Ｒ ｙｆ）＝ ＋ 。 因此信噪比可表示为： ＳＮＲ＝ＩＯｌｇ１ ２Ｒ（ｙ』，， ＋ ＋ｆｆＵ１））－２Ｒ Ｙｍ） （１２）４计算误差仿真 ４．１路径分离法计算误差 结合短波信道特性，使用长度为１２７的循环伪随机 码，发送信号时长为２Ｏ秒，仿真了在不同信道条件下， 使用路径分离法计算出的信噪比误差，如图３所示。白 噪声条件下，几乎无误差，随着信道多普勒展宽的增加， 误差增大，在多普勒展宽为０．３Ｈｚ，设置信噪比为２０ｄＢ 时，计算误差达２．５ｄＢ。 在同时存在多径延时和多普勒展宽的信道条件下， 信噪比计算误差如图４所示。在多普勒展宽同为 ０．０５Ｈｚ时，两条路径、多径延时为３ｍｓ信道条件下计算 出的信噪比参数，相比单条路径、无多径延时信道条件 下计算出的结果，误差增大ｌｄＢ左右。因此，使用路径 分离法计算信噪比时，计算误差随多普勒展宽增加而增 图３存在多普勒展宽信 图４使用路径分离法的 道下计算结果 计算结果 大，同时随路径个数增加而增大。 ４．２相关法计算误差 与路径分离法仿真条件类似，使用相关法仿真不同 信道条件下的信噪比计算误差。从图５可以看出，在白 噪声信道下，使用相关法计算出的信噪比和路径分离法 类似，几乎 ：误差；在多径延时为３ｍｓ，多普勒展宽为 ０．０５Ｈｚ的短波衰落信道下，信噪比计算结果同样误差 极小；在多径延时为３ｍｓ，多普勒展宽为０．３Ｈｚ的短波 衰落信道下，信噪比计算误差为２ｄＢ左右。 图５相：毛法的计算结果 图６两种方法比较 ４．３两种计算方法比较 将两种计算方法放在同样的信道条件下，如图６所 示，在多径延时为３ｍｓ，多普勒展宽为０．３Ｈｚ的短波衰 落信道下，使用相关法计算信噪比误差比使用路径分离 法计算的信噪比误差小ｌｄＢ左右。 ５ 结束语 在循环伪随机码测量系统中，本文提出的路径分 离法和相关法均能准确计算接收数据的信噪比。在白 噪声信道下，两种计算方法无明显差别；在短波衰落 信道下，两种计算方法的计算误差随多普勒展宽值增 大而增大， 旧关法的计算误差几乎不受多径延时影 响，而路径分离法的计算误差随路径个数增大。因此 短波衰落信道下，相关法计算性能更优。由相关算法 计算公式可看出，如果信道存在窄带干扰，相关法无抑 制窄带干扰能力。 （下转第３２页） ・３２・ 通 信 对 抗 第３２卷 波场强的计算进行了修正，引入二径干涉损耗来消除地 ∞罩靼撇褶靼檀蓐 面反射波对天线增益测试的影响，提高了测试精度。 参考文献 【１】 谢益溪．无线电波传播原理与应用［Ｍ】．北京：人民邮电 出版社．２００８：５１—５６． 【２】 戴晴，黄纪军，莫锦军．现代微波与天线测量技术【Ｍ］．北 频率／ＭＨｚ 京：电子工业出版社，２００８：１９６—１９７． 【３】 王元坤．电波传播概论【Ｍ】．北京：国防工业出版社， 图９二径干涉损耗修正后增益差值比较 １９８４：８４－８９． 次测试数据较为一致。 【４】 李莉．天线与电波传播【Ｍ】．北京：科学出版社，２００９： ２７１—２７２ ５结束语 天线的室外测试场很难达到自由空间测试场的条 件，所以按照自由空间传输模型来测试天线增益并不完 全适用。本文对地面反射传播模型中的反射相位和反射 作者简介 杨志飞（１９８４一），男，硕士，工程师，主要研究方向为通信 技术。 （上接第２７页） 参考文献 【１］ Ｋａｐｐａｐｏｒｔ Ｔ Ｓ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｉｔｏｎｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｉｔｃｅｓ【Ｍ１．２ｎｄ Ｅ￣ｆｉｏｎ．Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ：Ｋｅｎｔｉｃｅ—Ｈａｕ， ２００２． ｍ Ｋ Ｊ，Ｗｈａｎｇ Ｋ Ｃ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ 【６】 Ｈｏｎｇ Ｅ Ｋ，Ｋｉｏｆ ＤＳ——ＣＤＭＡ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｍ——ａｒｙ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｉｎａｌｇｉｎｇ Ｕ】．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｉｔｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，４５ （３）：５７—６３． 【２】姚永刚，赵正予，谢树果，等．电离层后向散射探测中ｍ 序列和ＦＨ序列的应用【Ｉ］．电波科学学报，２００１，１６（４）： ５２２－５２８． 宽带短波信道特性和建模研究ｆＤ】．成都：电子 ［７】 涂旭东．科技大学。２００４． 【８】 Ｊｅｍｃｈｉｍ Ｍ Ｃ，Ｂａｌａｂａｎ Ｐ，Ｓｈａｎｍｕｇａｎ Ｋ Ｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎｄ 【３】 Ｗａｇｎｅｒ Ｌ Ｓ，Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ Ｊ Ａ，Ｍｅｙｅｒｓ Ｗ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ＨＦ Ｓｋｙｗａｖｅ Ｃｈａｎｎｅｌ：Ｍｅａｓｕｒｅｄ Ｓｃａ￣ｅｒｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｉ￣ａｔｉｔｕｄｅ ａｎｄ Ａｕｒｏｒａｌ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｆｏｒ Ｔｅｃｈｑｕｅｓ［Ｍ］．Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０００． ｓｈ０ｒｔ—ｔｅｒｍ Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＨＦ Ｒａｋｅ Ｍｏｄｅｍ ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅⅡ１． ＩＥＥＥ．ＭＩＬＣＯＭ １９８９，Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ，１５－１８ Ｏｃｔ，１９８９： ８３０－８３９． 作者简介 马银：￣（１９７８一），男，湖北人，硕士，工程师，主要从事短波 电波传播、短波天线等相关技术的研究工作。 ［４】Ｄｅｕｍａｌ Ｍ，ＣｉｌｅＵａ Ｃ，ＳｏｃｏｒｏＪ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ａ ＤＳ—ＳＳ Ｓｉｎａｌｇｉｎｇ Ｂａｓｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｐｏｓｌａ ｆｏｒ Ｌｏｗ ＳＮＲ ＨＦ ＤｉＮｔＮ Ｃｏｍ—— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］／／ｌＯｔｈ ｌＥＴ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｉｒｃ Ｒａｄｉｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｎｄ ａＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ（ＩＲＳＴ ２００６）， Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ，１８—２１ Ｊｕｌｙ，２００６：１２８—１３２． 【５］ＷａＲｅｒｓｏｎ Ｃ，ＪｕｍｈｅｋＪ，Ｂｅｎｓｅｍａ Ｗ Ｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ＨＦ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｏｄｅｌｍ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃ— ｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９７０，８１（６）： ７９２－８０３． 罗良金（１９７５一），女，四川人，工程师，主要从事短波天线及 射频前端相关设备等方面的研究工作。 邱蕴（１９８２一），女，河南人，工程师，主要从事短波天线及 相关设备、通信软件等方面的研究工作。 李东超（１９８５一），女，河北人，工程师，主要从事短波天线、 天线测向算法等方面的研究工作。 李文超（１９８７一），男，山东人，助理工程师，主要从事短波天 线及射频前端相关设备等方面的研究工作。
